반응형 생활공학/고교물리24 [기초 물리] 열기관과 열전달 증기 기관이나 가솔린 기관과 같이 고온과 저온의 열원 사이에서 순환 과정을 반복하면서 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치를 열기관(heat engine) 또는 간단히 가관(engine)이라고 합니다. 증기 기관, 디젤 기관, 가솔린 기관, 제트 기관, 증기 터빈 등이 있고 열기관의 작동에는 수증기, 휘발유의 연소 기체와 같은 유체가 이용됩니다. 한 번 순환하는 사이에 유체가 고온의 열원에서 흡수하는 열량을 Q1, 저온의 열원에 방출하는 열량을 Q2라고 하면 열기관이 외부에 하는 일 W는 다음과 같습니다. W = Q1-Q2자동차에 사용되는 가솔린 기관이 작동하는 단계를 순서대로 나열했습니다. 흡입 밸프가 열리면 연료와 공기의 혼합 기체가 실린더 내부로 들어오고, 폭발 과정에서 연소된 기체는 배기 밸브가 .. 2020. 10. 27. [기초 물리] 열역학 법칙 우리는 물체의 차고 뜨거운 정도를 수치로 나타낸 것을 온도(temperature)라고 합니다. 섭씨온도(Celsius temperature scale)은 온도의 정점을 1기압 하에서 순수한 물의 어는점(0)과 끓는점(100)으로 정하여 그 사이를 100등분하고 그 간격을 1로 한 것입니다. 일상생활에서 사용하는 온도계의 눈금은 섭씨온도를 나타내며, 스웨덴의 과학자 셀시우스에 의해 정해졌습니다. 화씨온도(Fahrenheit temperature scale)은 온도의 정점을 1가압 하에서 물의 어는점(32)과 끓는점(212)으로 정하고 두 점 사이를 180등분한 눈금입니다. 단위는 를 사용합니다. 독일의 물리학자 파렌하이트가 최초로 고안하였습니다. 화씨온도를 F라고 하고, 섭씨온도를 C라고 했을 때 화씨온도.. 2020. 10. 27. [기초 물리] 유체의 법칙(베르누이 정리) 유체는 일정한 모양을 갖지 않고 흘러다니는 기체와 액체를 뜻합니다. 고체는 분자 간의 인력이 강하여 일정한 모양을 유지하고 있는 상태입니다. 그러나 고체에도 힘을 가하면 뒤틀리거나 옆으로 밀리는 등의 약간의 변형이 일어납니다. 물질의 상태를 이야기하기 위해서 우선 밀도, 압력에 대해 알아야합니다. 단위 부피당 질량을 밀도라고 합니다. 밀도의 단위로는 kg/m^3 또는 g/cm^3을 사용합니다. 추가로 물체의 밀도를 섭씨 4도 물의 밀도로 나눈 값을 비중이라고 합니다. (m: 질량, V: 부피, (로우): 밀도) 압력은 단위 면적당 누루는 힘이라고 정의합니다. 표준 단위는 Pa(파스칼)입니다. 1Pa은 1m^2의 면적에 1N의 힘이 작용할 때의 압력입니다. (P: 압력, F: 힘, A: 면적) 기상학에서는.. 2020. 10. 26. [기초 물리] 힘의 평형과 토크 회전 문을 열 때와 같이 회전축에서 일정한 거리만큼 떨어진 지점에 힘을 작용하면 물체가 어떤 점을 중심으로 회전하려고 합니다. 이와 같이 물체의 회전 운동을 변화시키는 물리량을 돌림힘 또는 토크(torque)라고 합니다. 토크의 크기는 힘 F와 힘의 작용점과 회전 중심 사이의 수직 거리 r와의 곱으로 나타냅니다. 단위는 힘의 단위에 거리의 단위를 곱한 Nm입니다. 여기서 r를 지레의 팔 또는 모멘트의 팔(moment arm)이라고 합니다. 그림과 같이 r와 F의 방향이 수직이 아닐 때는 수직 성품의 힘을 찾아 계산하므로 가 됩니다. 토크는 r과 F의 방향이 수직일 때 가장 크고, 평행 일 때에는 0입니다. 토크는 크기와 방향을 가진 벡터량입니다. 오른손을 살짝 감아 쥐고 엄지손가락을 제외한 네 손가락을 .. 2020. 10. 26. [기초 물리] 태양광 발전과 연료전지 앞서 전기에너지의 활용을 살펴보았습니다. 전기 에너지는 다른 에너지보다 저장과 운송이 편하기 때문에 많이 사용합니다. 하지만 전기의 생산은 대부분 화력발전소에서 나오다 보니 대기의 환경오염이 심각하고 석탄이나 석유의 한정된 자원에 의존하니 언젠간 고갈될 우려가 있습니다. 따라서 친환경적으로 전기를 무한히 생상하는 다른 방법으로 태양발전과 연료전지에 대해 알아보겠습니다. 태양 전지는 빛 에너지를 이용하여 직접 전기를 생산하는 반도체 소자입니다. 태양 전지에 반도체 띠틈보다 큰 에너지의 빛을 비추면 원자가 띠의 전자가 전도띠로 전이하고, 이에 따라 양공과 전자가 생성됩니다. p-n 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n형 반도체 쪽으로, 양공은 p형 반도체 쪽으로 모이게 되어 p-n 반도체 사이에 기전력(.. 2020. 10. 26. [기초 물리] 6-2 전기에너지 이용 전동기는 전류가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 기계적인 일로 바꾸는 장치입니다. 흔히 우리가 말하는 모터가 전동기입니다. 직류 전기로 회전하는 직류 전동기(DC 모터)와 교류 전기로 회전하는 교류 전동기(BLDC 모터)가 있습니다. 직류 전동기는 겉에 반원통 모양의 영구 자석 두 개가 들어 있고, 그 안에 여러 번 감긴 코일이 들어 있습니다. 코일 중앙에는 회전축이 있고, 회전축 한쪽에 전류가 흐르는 정류자와 브러시가 있습니다. 이때 전류자는 원통형 금속으로, 코일과 직각을 이루는 중강 부분이 끊어져 있어 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꿀 수 있습니다. 브러시는 탄성이 있는 금속으로, 정류자가 회전하는 동안 계속 정류자와 접촉하여 전류를 흐르게 합니다. 브러시와 정류자가 접촉해 있으므로.. 2020. 10. 23. [기초 물리] 6-1 전기에너지 생성 및 수송 (와전류, 변압기) 기전력(Electromotive force)은 이탈리아의 과학자 볼타에 의해 (+) 전화와 (-) 전하를 분리시켜 전류가 흐르게 하는 힘이란 정의로 사용되었습니다. 그러나 이후 과학자들은 이것이 힘이 아니라 전압이라는 것을 알게 되었죠. 기전력은 여러 가지 방법으로 발생시킬 수 있습니다. 역학적 에너지를 이용한 발전기, 태양광 에너지를 이용한 태양광 발전, 화학 에너지를 이용한 화학 전지, 온도 차를 이용한 온도 차 발전 등 다양한 방법으로 기전력을 발생시킬 수 있습니다. 전기 에너지를 만드는 방법에 대해 좀 더 알아보겠습니다. 소형 발전기는 원통의 가장자리에 원형 자석이 들어 있고, 그 안에 코일이 감긴 철심이 들어 있습니다. 코일이 감긴 철심의 한쪽에는 코일을 회전시키기 위한 장치가 달려 있고, 다른.. 2020. 10. 22. [기초 물리] 5-5 저장매체 원리 우리는 정보화 사회를 넘어 4차 산업혁명 시작으로 수많은 데이터를 효율적으로 저장, 관리, 처리하는 방법을 모색하고 있습니다. 이번 포스트는 정보를 저장하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 우선 정보는 크게 아날로그와 디지털 정보로 나눕니다. 아날로그 정보는 자연에서 발생하는 빛, 소리 등과 같이 연속적으로 변하는 아날로그 신호를 그대로 받아들여 기록함으로써 만들어진 정보를 말하고 디지털 정보는 한 값에서 다른 값으로 불연속적으로 변하는 정보를 말합니다. 연속적인 아날로그 정보를 저장하기에는 양이 너무 많고 관리 및 가공이 힘들어 디지털화를 합니다. 자연스러운 곡선을 얇게 조각을 내어서 연결하면 비슷한 형태가 될 수 있어 관리하기가 편해집니다. 수학에서 미분과 같은 개념입니다. 초기 정보를 저장하는 방법으로.. 2020. 10. 22. [기초물리] 5-4 전기 신호 조절 (RLC 저항과 고주파/저주파 필터원리) 직류 회로에서는 저항을 이용하여 회로에 흐르는 전류의 세기를 조절할 수 있지만 교류 회로에서는 저항 이외에도 코일과 축전기를 이용하여 교류 전원의 주파수에 따라 전류의 세기를 조절할 수 있습니다. 교류는 직류와 달리 크기와 위상을 가지고 있습니다. 저항만 있는 회로에서 전류와 전압의 위상은 같습니다. 교류 전원의 전압은 으로 표현할 수 있고 교류 회로에 흐르는 전류는 따라서 교류 전원의 주파수가 변하더라도 저항 R는 변하지 않으므로 주파수가 전류의 세기에 영향을 주지 않습니다. 단지 옴의 법칙에 따라 저항의 크기가 클수록 전류의 세기가 약해집니다. 하지만 코일만 있는 회로에서 코일 양단의 전압은 전류보다 위상이 90도 빠릅니다. 유도 용량이 L인 코일을 연결할 때 코일에는 자기력선속의 변화를 방해하려는 .. 2020. 10. 21. 이전 1 2 3 다음 반응형
